import java.util.Stack;

public class Sort {

    /**
     * 时间复杂度：
     * 最好情况：数据有序的情况下：O(N)
     * 最坏情况：数据逆序的时候-》O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的
     * 一个本身就不稳定的排序，是不可能变成一个稳定的排序的
     * 但是一个本身就稳定的排序，是可以实现为不稳定的排序的
     * 特点：数据越趋于有序，直接插入排序越快
     *
     * @param array
     */
    public static void insertSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                //加不加等号 能取决于这个排序的稳定性
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }


    //不稳定的排序
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            //gap = gap / 3 + 1;
            gap = gap / 2;
            shell(array, gap);
        }
        //shell(array,1);
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        //每组的数据也在变化
        // 1+2+3+4+....+n/gap
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序：
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            int j = i + 1;
            for (; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    private static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[j];
        array[j] = array[i];
        array[i] = tmp;
    }

    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            //i  minIndex   maxIndex
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, minIndex, left);
            //第一次交换 最大值可能是left,然后被换到了minIndex的位置
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, maxIndex, right);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序:
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的排序
     *
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        //创建大根堆
        createHeap(array);
        int end = array.length - 1;
        while (end > 0) {
            swap(array, 0, end);
            siftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    private static void createHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    private static void siftDown(int[] array, int parent, int len) {
        int child = (2 * parent) + 1;
        while (child < len) {
            if (child + 1 < len && array[child] < array[child + 1]) {
                child = child + 1;
            }
            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 不带优化的情况下：
     * 时间复杂度：
     * 最好和最坏 都是O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的
     *
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        //i代表趟数 10 -》 9趟
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flg = true;
                }
            }
            //没有交换证明有序了
            if (flg == false) {
                return;
            }
        }
    }

    /**
     * 时间复杂度：
     *      最好情况下：O(N*logN)
     *      最坏情况下：O(N^2)  有序 / 逆序
     * 空间复杂度：
     *     最好情况下：O(logN)
     *     最坏情况下：O(N)
     * 稳定性：
     *    不稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array,0,array.length-1);
    }

    private static void quick(int[] array,int start,int end) {
        if(start >= end) {
            return;
        }

        //.out.println("start:->" + start);
        //System.out.println("end:->" + end);

        if(end-start+1 <= 15) {
            insertSort2(array, start, end);
            return;
        }

        //1. 三数取中  index是中间大的数字 的 下标
        int index = middleNum(array,start,end);
        swap(array,index,start);

        int pivot = partition(array,start,end);//

        quick(array,start,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,end);
    }


    public static void insertSort2(int[] array,int start,int end) {
        for (int i = start+1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i-1;
            for (; j >= start ; j--) {
                if(array[j] > tmp) {
                    array[j+1] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+1] = tmp;
        }
    }



    private static int middleNum(int[] array,int left,int right) {
        int mid = left+((right-left) >> 1);
        //int mid = (left+right)/2;
        if(array[left] < array[right]) {
            if(array[mid] < array[left]) {
                return left;
            }else if(array[mid] > array[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] < array[right]) {
                return right;
            }else if(array[mid] > array[left]) {
                return left;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    /**
     * Hoare
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int partitionHoare(int[] array,int left,int right) {
        int tmp = array[left];//基准
        int i = left;
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,i,left);
        return left;
    }

    //挖坑法
    private static int partition(int[] array,int left,int right) {
        int tmp = array[left];
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            if(left >= right) {
                break;
            }
            array[left] = array[right];
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            if(left >= right) {
                break;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }


    public static void quickSortNor(int[] array) {

        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        int pivot = partition(array,left,right);

        if(pivot-1 > left) {
            stack.push(left);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot + 1 < right) {
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pivot = partition(array,left,right);

            if(pivot-1 > left) {
                stack.push(left);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot + 1 < right) {
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(right);
            }
        }

    }



    //归并排序

    /**
     * 时间复杂度：O(n*logN)
     *
     * 空间复杂度：O(N)
     *
     * 稳定性：稳定
     *
     * 稳定排序：插入  冒泡  归并
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeFunc(array,0,array.length-1);
    }

    private static void mergeFunc(int[] array,int left,int right) {
        if(left >= right) {
            return;
        }
        int mid = left + ((right-left) >> 1);
        mergeFunc(array,left,mid);
        mergeFunc(array,mid+1,right);
        //左边分解完，右边分解完，开始合并
        merge(array,left,mid,right);
    }

    private static void merge(int[] array,int left,int mid,int right) {
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid+1;
        int e2 = right;
        int[] tmpArr = new int[right-left+1];
        int k = 0;
        //1.保证两个表 都有数据
        while (s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if(array[s1] <= array[s2]) {
                tmpArr[k++] = array[s1++];
            }else {
                tmpArr[k++] = array[s2++];
            }
        }
        //2. 看哪个数组 还有数据 拷贝回去
        while (s1 <= e1) {
            tmpArr[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= e2) {
            tmpArr[k++] = array[s2++];
        }
        //3.拷贝到源数组
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i+left] = tmpArr[i];
        }
    }

    /**
     * 非递归实现归并排序：
     *
     * @param array
     */
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int  gap = 1;
        //最外层循环 控制组数
        while (gap < array.length) {
            //每一组进行排序
            for (int i = 0; i < array.length; i = i+2*gap) {
                int left = i;
                int mid = left + gap-1;
                if(mid >= array.length) {
                    mid = array.length-1;
                }
                int right = mid+gap;
                if(right >= array.length) {
                    right = array.length-1;
                }
                merge(array,left,mid,right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }
    /**
     * 时间复杂度：O(范围+n)
     * O(max(范围,n))
     * 范围 = max - min -> 最好集中一点
     * 稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array) {
        //1.求最值 -> O(n)
        int min = array[0];
        int max = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(min > array[i]) {
                min = array[i];
            }
            if(max < array[i]) {
                max = array[i];
            }
        }
        //2、定义计数数组 进行初始化   -> O(n)
        int[] count = new int[max-min+1];

        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index = array[i]-min;
            count[index]++;
        }

        //3、遍历计数数组   -> O(max-min) ：max-min-》范围
        int k = 0;//表示array数组的下标
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] != 0) {
                array[k] = i + min;
                k++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}


